钻机振动作用下黄土边坡失稳机理研究

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1、分类号:TU410710-2012128005硕士学位论文钻机振动作用下黄土边坡失稳机理研究江思义导师姓名职称王启耀副教授申请学位级别工学硕士学科专业名称岩土工程论文提交日期2015年6月1日论文答辩日期2015年6月9日学位授予单位长安大学StudyonActionofExperimentalofLoessSlopeInstabilityMechanismunderRigVibrationADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate:JiangSiyiSupervisor:Vice-Pr

2、of.WangQiyaoChang’anUniversity,Xi’an,China摘要近几年来，陕北油田砂黄土工区陆续出现了数起在油井钻进过程中发生的滑坡，损失巨大。后续的调查和分析认为，油井钻进过程中的长时间振动作用引起的非饱和砂黄土的松动及饱和黄土“动力蠕变液化”，是这些滑坡发生的主要原因。为了揭示钻机振动作用下的砂黄土动力特性及滑坡成因机理，首先进行钻井施工振动参数及边坡动力响应的分析，然后在此基础上进行振动荷载作用下黄土动力学特性试验，获得其动力特性并建立符合该特征的动力本构关系；同时利用FLAC3D软件，建立考虑钻井施工对黄土边坡影响

3、的计算模型，对调查得到的典型钻井振动诱发的黄土滑坡进行模拟计算，并开展边坡动力响应的影响因素及参数敏感性的研究。研究成果对于完善黄土动力学研究，揭示工程振动作用下的黄土滑坡规律具有较好的科学价值和研究意义，并可为陕北油田黄土工区油井施工中的滑坡风险控制提供科学的依据。本文的主要研究内容及结论如下：1、对油田钻机振动作用下黄土边坡失稳机理进行了深入研究，并对陕北油井工区黄土滑坡的特性进行了总结。认为油田钻机振动也是促发油井工区黄土滑坡的一个重要因素，以在“长持时、中高频”的钻机底座的振动作用下坡体产生位移和孔压上升以及振动液化作为其最主要的表现形式

4、。2、用原状黄土进行动三轴试验，对试样施加不同围压和不同频率的动荷载，研究在不同频率的钻机振动作用下不同深度黄土的动强度和动应变的变化规律。研究表明，研究区黄土在一定的动应力条件下，其动强度和动应变随着固结应力和振动频率的变化，呈现一定的规律性变化。3、利用有限差分软件FLAC3D进行数值模拟，研究了油田钻机振动作用下黄土边坡失稳机理。在钻机振动作用下边坡动力响应随土体深度与钻机的相对位置呈现一定规律变化；饱和马兰黄土随着振动时间的增加，孔隙水压力明显的增加，但证明工区黄土并不存在“动力蠕变液化”的问题。4、总结钻机振动作用下黄土边坡的失稳机理如

5、下：在钻机振动作用下，造成了非饱和黄土结构的损伤，随着振动次数的加大，非饱和黄土的强度逐渐降低；与此同时，饱和黄土区主要是孔隙水压力随振动时间而逐渐增大，导致有效应力下降，从而引起土体抗剪强度降低，甚至在极端情况下液化而完全丧失强度，最终诱发滑坡。关键词：钻机振动，黄土边坡，振动三轴试验，FLAC3D，数值模拟IAbstractSerialslandsidehastakenplaceinthesandy-loessareaofShanbeioilfieldsduringdrillingtheoilwellinrecentyears,anditar

6、ousedhugeloses.Thenextinvestigationindicatesthatthelong-timevibrationoftheoilrigisoneofthemostimportantfactors.Accordingtothisapplication,thevibrationparametersoftherigandthecorrespondingresponseovertheslopewillbecarriedoutatfirst.Thenthedynamicexperimentsofsandy-loesswillbed

7、evelopedontheloessanddynamicstress-strainrelationshipisexpectedtobegot.Meanwhile,asimulationmodelconsideringthevibrationofthedrillingistobesetupwithFLAC3Dsoftware.Next,themodelwillbeusedtodosimulatedcalculationofoneortwotypicallandslidesofsuchtype.Influencefactoranalysisandpa

8、rametersusceptibilitywillbedoneaswell.Theachievementofthisprojectwil